JP2013165368A

JP2013165368A - 複合アンテナ

Info

Publication number: JP2013165368A
Application number: JP2012026937A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Ogata; 修一尾形
Original assignee: Toko Inc
Current assignee: Toko Inc
Priority date: 2012-02-10
Filing date: 2012-02-10
Publication date: 2013-08-22
Anticipated expiration: 2032-02-10
Also published as: JP5864295B2

Abstract

【課題】３軸アンテナを用いたキーレスエントリー装置と、ＲＦＩＦアンテナを用いたＲＦＩＤ装置との２つの機能を有する装置を作ろうとした場合、３軸アンテナと、ＲＦＩＤアンテナとでは周波数が大きく異なるため、それぞれの機能ごとに別のアンテナが必要であった。しかし、ＲＦＩＤアンテナは薄型である反面、専有面積が大きく、一方、３軸アンテナは厚みがある反面、小型であり、両者のアンテナを組み合わせた場合は、それぞれのアンテナのメリットを十分に活かすことができなかった。
【解決手段】コアに第１の巻線と第２の巻線とが直交するように巻回され、前記コアの外周に前記第１と第２の巻線と直交する第３の巻線が巻回された３軸アンテナと、
前記コアの上面に、第４の巻線が巻回された樹脂製のボビンが配置されてた複合アンテナとする。
【選択図】図１

Description

本発明の複合アンテナは、車両や住宅の施錠、解錠を行うキーレスエントリー装置に用いられるＬＦ帯用の３軸アンテナと、ＲＦＩＤ等のデータ通信に用いられるＨＦ帯用のＲＦＩＤアンテナとを組み合わせた複合アンテナに関する。

車両の施錠、解錠を行うキーレスエントリー装置は、周波数には例えば１３５ＫＨｚのＬＦ帯が用いられ、アンテナには、３つのコイルの巻軸が直交するように組み合わせて配置して小型化した３軸アンテナが用いられている。図６（ａ）は従来の３軸アンテナの一実施例を示す斜視図である。

図６（ａ）に示すように、３軸アンテナ１００は、偏平な柱状をなすコアの外周に、コアの上面と底面の中心で直交する溝１２１ａ、１２１ｂと、コアの側面外周に溝１２１ｃとが設けられた３軸コア１２０と、溝１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃにそれぞれ巻回された、コイル１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃと、３軸コア１２０の下面に配置され、金属端子１５１がインサート成形された樹脂製のベース１５０とからなる。

コイル１２１ａはＸ軸方向に受信感度を有し、コイル１２１ｂはＹ軸方向に受信感度を有し、コイル１２１ｃはＺ軸方向に受信感度を有するので、３軸アンテナ１００は、全方位に受信感度を有する。また、３つのコイルの巻軸が直交するように単一のコアに巻回されているので、非常に小型である。例えば、３軸アンテナの大きさは、１３．８ｍｍ×１３．８ｍｍ×３．６ｍｍである。

一方、商品タグや電子マネーで用いられているＲＦＩＤ装置は、周波数には例えば１３．５６ＭＨｚのＨＦ帯が用いられ、アンテナには、商品に貼付けたりまたはカードに適用可能な、プリントアンテナが用いられている。図６（ｂ）は従来のＲＦＩＤアンテナの一実施例を示す斜視図である。

図６（ｂ）に示すように、ＲＦＩＤアンテナ２００は、基板２１０の外周に沿ってスパイラル状のコイルＲＦＩＤコイル２３０が形成されている。ＲＦＩＤコイル２３０の内周には、受信した信号を処理するためのＩＣチップが配置されている。
ＲＦＩＤアンテナ２００は、基板２１０の面方向に受信感度を有する。このようなＲＦＩＤアンテナは、非常に薄型である。

特開２００５−１２４０１３号公報

上記した３軸アンテナを用いたキーレスエントリー装置と、ＲＦＩＦアンテナを用いたＲＦＩＤ装置との２つの機能を有する装置を作ろうとした場合、３軸アンテナと、ＲＦＩＤアンテナとでは周波数が大きく異なるため、それぞれの機能ごとに別のアンテナが必要であった。
しかし、ＲＦＩＤアンテナは薄型である反面、専有面積が大きく、一方、３軸アンテナは厚みがある反面、小型であり、両者のアンテナを組み合わせた場合は、それぞれのアンテナのメリットを十分に活かすことができなかった。

本発明の目的は、３軸アンテナとＲＦＩＤアンテナとの２つ機能を有し、専有面積が小さくて小型の複合アンテナを提供することを目的とする。

本発明の複合アンテナは、
コアに第１の巻線と第２の巻線とが直交するように巻回され、前記コアの外周に前記第１と第２の巻線と直交する第３の巻線が巻回された３軸アンテナと、
前記コアの上面に、第４の巻線が巻回された樹脂製のボビンが配置され、
前記コアの下面に、樹脂製のベースに金属端子の一部を埋設したベースが配置されていることを特徴とすることを特徴とする。

本発明の複合アンテナによれば、３軸アンテナと、ＲＦＩＤアンテナとの２つの機能を有する複合アンテナの、ＲＦＩＤ側のアンテナの専有面積を小さくすることにより、複合アンテナを小型化することができる。その結果、キーレスエントリー装置とＲＦＩＤ装置の２つの機能を有する装置を小型化することができる。

本発明の複合アンテナの一実施例の斜視図である。図１の複合アンテナを詳しく説明するための図である。図１の複合アンテナの等価回路図である。図２の複合アンテナの結合係数Ｋ_３４を変化させた時の周波数特性を表すグラフである。本発明の複合アンテナの別の一実施例を示す斜視図である。従来の３軸アンテナと、ＲＦＩＤアンテナの例を示す斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の複合アンテナの一実施例を説明する。図１は本発明の複合アンテナの一実施例を示す斜視図であり、図２（ａ）は図１の分解斜視図を示し、図２（ｂ）は図１の３軸コアの斜視図を示す。
図１〜２に示すように、複合アンテナ１０は、３軸アンテナ２０と、３軸アンテナ２０の上面に配置された空心コイル４０と、３軸アンテナ２０の下面に配置されたベース５０とからなる。空芯コイル４０は、ＲＦＩＤアンテナとして機能する。

３軸アンテナ２０は、偏平な柱状をなすフェライトからなるコアの上面と下面を通る外周に、コアの上面と底面の中心で交差する溝２０ａ、２０ｂと、コアの側面外周に溝２０ｃとが設けられた３軸コア２１と、溝２１ａ、２１ｂ、２１ｃに、それぞれ巻回されたコイル３０ａ、３０ｂ、３０ｃとからなる。

３軸コア２１は、溝２１ａによるＸ巻軸と、溝２１ｂによるＹ巻軸と、溝２１ｃによるＺ巻軸が形成され、コイル３０ａはＸ巻軸に巻回され、コイル３０ｂはＹ巻軸に巻回され、コイル３０ｃはＺ巻軸に巻回されているので、３軸アンテナ２０は全方位に受信感度を有する。

なお、コイル３０ｃは、コイル３０ａ、３０ｂと接触しないように３軸コア２１の外周に巻回され、コイル３０ａとコイル３０ｂとが接触しないように、Ｘ巻軸の厚さｈ_ｘは、Ｙ巻軸の厚さｈ_ｙより薄くなっている。空心コイル４０は、樹脂製の扁平なボビン４１に巻回されている。ボビン４１の直径と、３軸コア２１の直径は略等しい。鍔面には、巻軸を貫通する孔４２が設けられている。

ベース５０は、樹脂製で、金属端子の一部が樹脂に埋設するようにインサート成形されている。金属端子５１の側面には、コイルの端部を絡げるための係止部５２が設けられ、コイル３０ａ、３０ｂ、３０ｃの端末部と、空心コイル４０の端末部とが、それぞれの係止部５２に絡げられて電気的に接続される。なお、図２ではベース５０は分離して図示しているが、組み立て時には、ベース５０はリードフレームにより複数のベースが一連に接続されており、組み立て後にリードフレームから切り離される。

ボビン４１は、３軸アンテナ２１の上面に配置され、孔４１に接着剤を注入して固定される。ベース４０はベース４０の樹脂に接着剤が塗布され、３軸アンテナ２１の下面に固定される。
複合アンテナ１０は、耐振動性や、耐環境性能を向上させる目的で、さらに外装を樹脂に埋設されてもよい。

上記した構成にすることにより、３軸コア２１が空心コイル４０のコアとして働き、空芯コイル４０のＱを大きくすることができ、複合アンテナを小型化するとともに、ＲＦＩＤアンテナの受信感度が高い複合アンテナとすることができる。
空心コイル４０は、３軸コア２１の断面積が最も大きいＺ軸方向のコイルと並行に配置するのが好適である。

３軸コア２１と空心コイル４０の間の距離を近づけた方が、ＲＦＩＤアンテナのＱを大きくすることができる。しかし、近づけすぎると、コイル３０ｃと空芯コイル４０の結合が大きくなりすぎて、空心コイル４０の共振周波数がずれるという問題が発生する。

図３は図１に示した複合アンテナと、共振コンデンサを含む等価回路図の一例である。
図３に示すように、コイル３０ａ、３０ｂ、３０ｃには共振コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３が並列に接続され、空芯コイル４０には、共振コンデンサＣ４が並列に接続されている。
点線で囲まれた部分が３軸アンテナ２０である。
コイル３０ａのインダクタンス値は、４７００［μＨ］、
コイル３０ｂのインダクタンス値は、４７００［μＨ］、
コイル３０ｃのインダクタンス値は、７２００［μＨ］、
空芯コイル４０のインダクタンス値は、１［μＨ］、
共振コンデンサＣ１の静電容量値は、３７０［μＦ］、
共振コンデンサＣ２の静電容量値は、３６０［μＦ］、
共振コンデンサＣ３の静電容量値は、２３８［μＦ］、
共振コンデンサＣ４の静電容量値は、１５０［ｐＦ］、
コイル３０ａとコイル３０ｂとの間の結合係数Ｋ_１２は、０．２、
コイル３０ｂとコイル３０ｃとの間の結合係数Ｋ_２３は、０．２、
コイル３０ｃとコイル３０ａとの間の結合係数Ｋ_１３は、０．２、
空芯コイル４０とコイル３０ａとの間の結合係数Ｋ_１４は、０．２、
空芯コイル４０とコイル３０ｂとの間の結合係数Ｋ_２４は、０．２、
空芯コイル４０とコイル３０ｃとの間の結合係数Ｋ_３４は、０．３、
である。

図４は、図３に示した複合アンテナの結合係数Ｋ_３４を変化させたときの周波数特性を表すグラフであり、横軸は周波数［ＭＨｚ］、縦軸はインピーダンス［Ω］を示す。
３軸アンテナのコイル３０ａ、３０ｂ、３０ｃの共振周波数は１２５ｋＨｚ、空心コイル４０の共振周波数は１３．５６ＭＨｚである。
図において、８０は、３軸アンテナ２０のコイル３０ｃ（Ｚ軸コイル）の周波数特性であり、８１〜８７は、結合係数Ｋ_３４を０．２０、０，３０、０．５０、０．７０、０．８０、０．９０、０．９５にした場合の周波数特性を示す。コイル３０ａ、３０ｂの周波数特性は、コイル３０ｃと略同じであるので省略している。

図４より、結合係数ｋを大きくしていくと、空心コイル４０の共振周波数がずれていくことがわかる。例えば、空芯コイル４０をコイル３０ｃと同じコアに設けられた溝に巻回した場合には、結合係数Ｋ_３４は１に近くなってしまい、空芯コイル４０の共振周波数がＲＦＩＤで使用される共振周波数からずれるとともに、インピーダンスが低下し、ＲＦＩＤアンテナの受信感度は低下する。

空芯コイル４０の共振周波数の変移を５％以内に収めるためには、空心コイル４０とコイル３０ｃとの間の結合係数Ｋ_３４を略０．３以下とするように、空心コイル４０とコイル３０ｃとの間を調整する。距離の調整のためには、例えば、ボビン４１の鍔の厚さを調整すればよい。図１において、ボビン４１の鍔の厚みは０．１ｍｍ程度である。

図５は、本発明の複合アンテナの別の実施例を説明するための分解斜視図である。
図５に示すように、複合アンテナ１１は、３軸アンテナ６０と、３軸アンテナ６０の上面に配置された空心コイル４０と、３軸アンテナ２２の下面に配置されたベース５０とからなる。空心コイル４０とベース５０は、図１に示した実施例と同じであるので説明は省略する。

図５に示すように、３軸アンテナ６０は、２本の棒状のコアが直交する十字状コア６１のそれぞれの棒状のコアに交差部を避けて巻回されたコイル６１ａ、６１ｂと、十字状コア６１の端部の外周に配置されたコイル６１ｃとからなる。
コイル６１ａ、６１ｂ、６１ｃは、ボビンを用いて巻回されてもよい。
このように、空芯コイル４０と組み合わせる３軸アンテナは、偏平な柱状コアだけでなく、十字状コアを用いたものであってもよい。

１０、１１複合アンテナ
２０、６０、１００３軸アンテナ
２００ＲＦＩＤアンテナ
２１、６１、１２１３軸コア
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ溝
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、２３０コイル
４０空心コイル
４１ボビン
５０、１５０ベース
５１金属端子
５２係止部
２１０基板
２２０ＩＣチップ
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４共振コンデンサ

Claims

コアに第１の巻線と第２の巻線とが直交するように巻回され、前記コアの外周に前記第１と第２の巻線と直交する第３の巻線が巻回された３軸アンテナと、
前記コアの上面に、第４の巻線が巻回された樹脂製のボビンが配置されていることを特徴とする複合アンテナ。
前記コアの下面に、樹脂製のベースに金属端子の一部を埋設したベースが配置されいていることを特徴とする請求項１に記載の複合アンテナ。
前記複合アンテナは、外装を樹脂に埋設されていることを特徴とする請求項１乃至請求項２に記載の複合アンテナ。
前記コアは、偏平な柱状のコアからなり、
前記コアの上面と下面を通る外周に、前記コアの上面と底面の中心で交差する第１の溝と第２の溝と、
前記コアの側面外周に第３の溝が設けられ、
前記第１の溝に第１の巻線が施され、
前記第２の溝に第２の巻線が施され、
前記第３の溝に第３の巻線が施されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の複合アンテナ。
前記コアは、２本の棒状のコアが直交する十字状のコアからなり、
それぞれの棒状コアに巻回された前記第１の巻線と第２の巻線が施され、
前記コアの端部の外周に前記第３の巻線が配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の複合アンテナ。